Kemajuan chip baru menjanjikan peningkatan masa pakai baterai

Beberapa pengumuman pembuatan chip hari ini menandai perubahan penting dalam cara prosesor akan diproduksi di masa depan.

Pertama, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp (TSMC) dan ARM mengatakan bahwa TSMC telah mengeluarkan prosesor ARM generasi berikutnya pada proses FinFET 16nm. Kedua, Globalfoundries mengatakan telah menunjukkan penumpukan chip 3D menggunakan proses yang dikenal sebagai Through-Silicon Vias (TSVs). Pengumuman TSMC menunjukkan bahwa pengecoran berada di jalur untuk membuat FinFETs bekerja dan bahwa 64-bit core ARM sedang mengalami kemajuan, sementara pengumuman Globalfoundries menunjukkan kemampuan untuk mempercepat koneksi antara dies, memungkinkan kinerja yang lebih cepat.

Sebagian besar pengamat percaya bahwa proses FinFET, yang melibatkan penggunaan saluran vertikal atau 3D sebagai lawan dari transistor planar tradisional untuk mengemas lebih banyak transistor pada sebuah chip sambil terus meningkatkan kinerja dan daya, penting untuk mengendalikan kebocoran transistor. Dengan demikian akan membuat prosesor lebih hemat daya. Itu penting karena saya pikir kita semua ingin ponsel dan tablet kita menggunakan lebih sedikit energi dan memiliki daya tahan baterai yang lebih baik.

Intel pertama kali memproduksi secara massal teknologi FinFET menggunakan teknologi Tri-Gate-nya, dan saat ini menggunakan ini untuk membuat chip Ivy Bridge 22nm. Common Platform Group, yang terdiri dari IBM, Globalfoundries, dan Samsung, baru-baru ini mengatakan bahwa ia berada di jalur untuk memproduksi FinFET pada proses 14nm pada tahun 2014 dengan kemungkinan produksi skala besar pada tahun 2015.

Pada sebuah acara baru-baru ini, Globalfoundries mengatakan memiliki simulasi dari inti ARM Cortex-A9 dual-core, sementara Samsung mengatakan telah membuat tape-out ARM Cortex-A7, dalam kedua kasus menggunakan teknologi FinFET 14nm mereka.

TSMC, produsen semikonduktor independen terbesar di dunia, sebelumnya mengatakan juga akan membuat FinFET, dalam apa yang disebut proses 16nm. (Seperti pendekatan Common Platform Group, ini tampaknya melibatkan perubahan pada transistor front-end, tetapi menjaga proses back-end pada 20nm.) TSMC memproduksi berbagai macam prosesor yang digunakan dalam produk saat ini, termasuk prosesor terdepan dari Qualcomm, Nvidia, Broadcom, dan banyak lainnya. Pengumuman hari ini mengatakan TSMC dan ARM berkolaborasi untuk mengoptimalkan Cortex-A57 untuk proses FinFET, menggunakan IP fisik Artisan ARM, makro memori TSMC, dan berbagai teknologi otomatisasi desain elektronik (EDA). Tujuan membangun wafer ini adalah untuk menyempurnakan proses TSMC dan untuk mendapatkan umpan balik tentang bagaimana proses FinFET berinteraksi dengan arsitektur.

Cortex-A57 akan menjadi inti prosesor pertama ARM yang mendukung arsitektur ARMv8 dan dengan demikian inti 64-bit pertamanya. Core ARM tergabung dalam berbagai prosesor yang sangat besar, termasuk yang ada di hampir setiap ponsel, dan perpindahan ke 64-bit harus membawa beberapa kemampuan baru. Secara khusus, sejumlah vendor bekerja pada chip server 64-bit menggunakan inti ini sementara yang lain akan memasangkannya dengan daya rendah Cortex-A53 dalam prosesor aplikasi masa depan untuk ponsel. ARM mengatakan bahwa prosesor pertama yang menggunakan inti A57 dan A53 akan muncul pada 28nm, dan orang akan mengharapkan untuk melihat produksi pada 20nm setelah itu, kemudian pindah ke produksi FinFET.

Dalam rekaman FinFET 16nm pertama ini, ARM mengatakan A57 lebih kecil dari Cortex-A15 pada 28nm, yaitu sekitar 6mm ², meskipun ia menawarkan fitur-fitur baru, seperti kemampuan 64-bit. Rekaman ini melibatkan pustaka berkinerja tinggi, yang menggunakan sel yang lebih besar daripada yang sering digunakan dalam chip seluler, dan belum dioptimalkan untuk proses tersebut, sehingga inti yang dihasilkan mungkin lebih kecil.

Sementara itu, Globalfoundries mengatakan telah menunjukkan wafer SRAM pertama yang berfungsi penuh yang menggunakan TSV pada proses 20nm-LPM (daya rendah untuk seluler). TSV memungkinkan penumpukan chip 3D, yang tidak hanya mengurangi jejak fisik, tetapi juga meningkatkan bandwidth dan mengurangi daya. Secara efektif, ini mengintegrasikan bahan penghantar antara beberapa lapisan silikon mati, membuat chip ditumpuk secara vertikal. Dalam pendekatan Globalfoundries "via-tengah", koneksi atau vias dimasukkan ke dalam silikon setelah wafer menyelesaikan bagian ujung depan proses, tetapi sebelum memulai bagian belakang garis. Dengan membuat TSV setelah proses front-end-of-line, yang melibatkan suhu tinggi, Globalfoundries dapat menggunakan tembaga untuk vias untuk menghasilkan kinerja yang lebih baik.

Perhatikan bahwa setiap via sebenarnya cukup besar dibandingkan dengan fitur khas pada prosesor modern, berukuran dalam mikron dibandingkan dengan nanometer yang digunakan untuk produksi transistor. Prosesor aplikasi atau chip grafis biasanya memerlukan 1000 atau lebih vias.

Demonstrasi dilakukan di Globalfoundries 'Fab 8 di Saratoga County, New York.

Sekali lagi, ini penting karena industri telah lama berbicara tentang penumpukan chip. Memang, Nvidia baru-baru ini mengatakan prosesor grafis 2015, yang dikenal sebagai "Volta, " akan menggabungkan DRAM yang ditumpuk untuk meningkatkan kinerja. Diharapkan secara luas bahwa pengecoran lain akan memiliki penawaran TSV juga.

Seolah ingin menunjukkan pentingnya TSV, sejumlah pembuat memori, pembuat chip logika, pembuat sistem, dan pengecoran hari ini mengumumkan bahwa mereka telah mencapai konsensus tentang standar untuk "kubus memori hibrid, " yang menggunakan banyak lapisan fisik cetakan untuk meningkatkan kepadatan dan bandwidth memori. Saya pertama kali melihat produk ini dalam demo Micron di Intel Developer Forum sekitar 18 bulan yang lalu tetapi sekarang telah tumbuh menjadi grup yang disebut Hybrid Memory Cube Consortium dan mencakup ketiga produsen DRAM utama: Micron, Samsung, dan SK Hynix.

Spesifikasi baru ini mencakup koneksi jangkauan pendek dan "jangkauan ultra singkat" di seluruh lapisan fisik, terutama untuk koneksi ke logika dalam aplikasi seperti jaringan berkinerja tinggi serta pengujian dan manajemen. Spesifikasi awal mencakup hingga 15Gbps untuk jangkauan pendek dan hingga 10Gbps untuk jangkauan sangat pendek. Kelompok ini menetapkan tujuan untuk meningkatkan ini ke 28Gbps dan 15Gbps pada kuartal pertama 2014. (UPDATE: Micron mengatakan akan mengambil sampel kapal memori menggunakan teknologi TSV pada kuartal ketiga 2013, dengan volume produksi diharapkan pada paruh pertama tahun 2013). 2014.)

Anda tidak akan melihat produk 16nm tahun ini; industri tidak akan beralih ke produk 20nm sampai akhir tahun atau awal tahun depan. Anda juga tidak akan melihat prosesor yang menyertakan TSV. Faktanya, baik TSMC maupun Globalfoundries tidak memberikan tanggal produksi aktual untuk teknologi ini. Namun, berbagai kombinasi dari teknologi ini dan lainnya harus menghasilkan beberapa produk menarik akhir tahun depan, atau lebih mungkin, pada tahun 2015.